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Cr机床齿轮热处理工艺设计

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Cr机床齿轮热处理工艺设计 1 / 53 辽 宁 工 业 大 学 材料工艺学 课程设计（论文）

题目：40Cr机床齿轮热处理工艺设计 院（系）： 光伏学院 专业班级： 材料111 学号： 111802016 学生姓名： 杨天宇 指导教师 赵荣达 起止时间： 2012-7-2~2012-7-12 Cr机床齿轮热处理工艺设计

2 / 53 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：光伏学院 教研室：材料科学教研室 学 号 111802016 学生姓名 杨天宇 专业班级 材料111 课程设计（论 文）题 目

40Cr机床齿轮规淬火回火时效热处理工艺设计 Cr机床齿轮热处理工艺设计

3 / 53 课程设计（论文）要求及任务

一、课设要求 熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件及失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述40Cr机床齿轮规热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述40Cr机床齿轮规热处理质量检验项目、内容及要求；阐明40Cr机床齿轮规热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。 二、课设任务 1. 40Cr机床齿轮的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）； 2.40Cr机床齿轮相应的C曲线； 3.给出40Cr机床齿规热加工工艺流程图； 4.制定40Cr机床齿轮热处理工艺。 三、设计说明书要求 设计说明书包括三大部分：1）概述；2）工艺设计；3）参考文献。设计说明书结构见《工艺设计模板》。 Cr机床齿轮热处理工艺设计

4 / 53 工作计划

集中学习0.5天，资料查阅及学习，讨论1.5天，设计7天：1）概述0.5天，2）服役条件及性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状及热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。 指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字：

年 月 日 Cr机床齿轮热处理工艺设计

5 / 53 前 言 现代工业的飞速发展对机械零部件及热处理对锻造机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。为获得理想的组织及性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点﹑要求和技术条件，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式，正确选择材料；再根据生产规模﹑现场条件﹑热处理设备提出几种可行的热处理方案。 由于块规在使用过程中易磨损和碰撞，另外块规本身尺寸精确，因此要求块规具有高的硬度，高的耐磨性和高的尺寸稳定性以及一定的韧性。但块规没有单独专用的钢种，为了满足上述性能要求，块规选用，低合金工具钢（40Cr）。 40Cr机床齿轮规采用淬火及低温回火热处理工艺，其组织是回火马氏体和残余奥氏体，并残存一定的淬火应力。这种组织状态在长期放置和使用过程中，将发生变化，从而使块规的尺寸也发生变化，对于高精度的块规，这种变化是不允许的。尺寸变化的原因主要是残余奥氏体转变为马氏体使尺寸增大，以及残留应力在量具内部重新分布和消失所引起的组织变化。为使40Cr机床齿轮规尺寸和形状稳定，确保其精度，对要求较高的精密的，淬火温度应低些。同时在淬火后立即将其冷却到-80℃左右，甚至在液氮中进行冷处理，然后取出再进行正常回火。为了进一步提高40Cr机床齿轮规尺寸稳定性，在精Cr机床齿轮热处理工艺设计 6 / 53 磨或研磨前，必须进行时效处理，进一步消除内应力，必要时，这种处理要重复多次[1]。 本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试，其内容讨论如何设计40Cr机床齿轮规淬火回火时效热处理工艺技术，重点是制定合理的热处理规程，并按此设计40Cr机床齿轮规热处理工艺方法。

目 录 Cr机床齿轮热处理工艺设计

7 / 53 一、齿轮轴热处理概述…………………………………………………11 1、齿轮轴的服役条件失效形式及性要求求……………………………………2 二、40Cr的基本性质……………………………………………………………2 1、40cr的化学成分及力学性能………………………………………………2 2、40Cr的特性及用途……………………………………………………………3 3、合金元素的作用…………………………………………………………………5 4．1、40cr刚中铬元素的作用……………………………………………………5 4．2、40cr刚中硅元素的作用……………………………………………………6 4．3、40cr刚中锰元素的作用……………………………………………………7 5、40Cr材料的焊接性…………………………………………………………….8 Cr机床齿轮热处理工艺设计 8 / 53 三、齿轮生产工艺线路及分析…………………………………………………..8 1、齿轮轴材料的选择…………………………………………………………….8 2、40cr热处理工艺特征介绍………………………………………………….10 3、40cr齿轮轴断裂原因案例分析………………………………………………11 4、热处理工艺…………………………………………………………………16 5、热处理工艺的确定……………………………………………………………17 6、40Cr钢调质热处理…………………………………………………………..19 7、热处理常见的缺陷及防护措施……………………………………………..21 （1）氧化和脱碳………………………………………………………………..21 （2）过热和过烧………………………………………………………………..22 Cr机床齿轮热处理工艺设计 9 / 53 （3）软点………………………………………………………………………..22 （4）淬火裂纹…………………………………………………………………..23 （5）回火缺陷…………………………………………………………………..24 （6）变形和开裂……………………………………………………………….24. 8、热处理工艺及曲线图………………………………………………………..25 （1）退火工艺的制定……………………………………………………………25 （2）正火工艺的制定…………………………………………………………..25 （3）回火工艺的制定…………………………………………………………..26 9、40Cr热处理金相组织分析…………………………………………………28 （1）正火热处理的金相分析…………………………………………………..28 Cr机床齿轮热处理工艺设计 10 / 53 （2）调质热处理的金相分析…………………………………………………29 四、质量检验项目………………………………………………………………29 1、检验项目……………………………………………………………………..29 （1）工件变形检查………………………………………………………………29 （2）淬硬层深度检查……………………………………………………………29 （3）硬度检查……………………………………………………………………29 （4）金相组织检查………………………………………………………………30 五、参考文献……………………………………………………………………31 Cr机床齿轮热处理工艺设计

11 / 53 一 齿轮轴热处理概述 轧机是现代工业生产的重要机械，而轧机的齿轮轴是轧机中重要的传动部分,主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大。轴部易产生裂纹，齿部易磨损。因此对齿轮轴的心部要求有一定的强度和韧性，有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。表面还应具有一定Cr机床齿轮热处理工艺设计 12 / 53 的硬度和耐磨性。为了满足这些性能要求，材料要有很好的力学性能，常采用40Cr钢经正火，调质，感应加热淬火加低温回火已达到所要求的性能。 40Cr为中碳合金钢，预备热处理是正火，主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。调质的目的是为了提高轧机齿轮轴的综合力学性能。中频感应加热表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。 通过对40Cr钢热处理工艺的分析，明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，达到所需要的性能，保证质量。 根据齿轮轴的工作条件，失效形式及性能要求，大部分材料选择为合金中碳钢，在设计正火-调质-中频感应加热淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》、《热处理实用数据速查手册》，《钢的热处理》，《机床零件用钢》，《金属工艺学》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的40Cr中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲劳强度，在高温下的强度，还要使心部具有高的的强度和韧性，从而满足齿轮轴的质量要求。 齿轮用于机械装置中功率的传递及速度的调节, 在汽车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有着重要的作用, 而且用量相当大。齿

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齿轮材料热处理方式及其要求

齿轮材料热处理方式及其要求

齿轮材料热处理方式及其要求正确选择齿轮固然很重要，但如果没有选择好适宜的热处理，那将是前功尽弃，可以说材料选择是前提，热处理方法得当是关键。

一、齿轮热处理方式与其性能特性1、调质处理：调质处理使材料获得优良的综合性能，这种热处理常常用于中碳钢和中碳合金钢，如45#、40Cr或40MnB材料，如果齿轮受到的冲击应力和齿面接触应力不是很大的情况下，这种热处理是适宜的，这种材料强韧性使得齿轮齿根抗弯曲能力强，抗疲劳能力也是优良的。

但是调质处理齿轮齿面硬度不够，耐磨性偏差。

2、调质处理+表面淬火：这种热处理方式补充单一调质处理的不足，使齿轮齿面硬度得到提高，耐磨性也随之增强，但是另一个问题仍未解决，就是中碳钢和中碳合金钢材料经过处理后，其冲击韧性尚不能令人满意，在高冲击应力的场合下仍不宜使用。

表面淬火有两种工艺：火焰淬火和高频淬火。

3、正火+渗碳淬火回火这种热处理是针对低碳合金渗碳钢（如20CrMnTi、20CrNiMo等）而使用的，正火是用以改善原材料组织，便于齿轮粗加工；渗碳使齿面含碳量提高，在其后淬火回火中获得高硬度的回火马氏体组织，以提高齿轮的耐磨性。

同时齿轮心部在淬火回火中获得低碳回火马氏体，强度高、韧性好，不仅可以承受高的载荷、大的冲击应力，而且抗疲劳性能也十分优异。

这种热处理也不是没有缺点，首先齿轮在渗碳淬火回火还要精加工，硬度过高会给精加工带来了困难；其次，渗碳淬火回火为了得到回火马氏体，回火温度低（200-300℃），热处理应力未能完全消除，在以后的使用中会逐渐释放造成齿轮微小变形，所以不能用于精密传动的齿轮。

这里的渗碳淬火回火，也包含碳氮共渗淬火回火。

4、调质+渗氮这种热处理适合于渗氮钢和含铬渗碳钢，如28CrMoAl、20Cr2Ni4、38CrMoAl、42CrMo。

氮化后不需要淬火，齿轮尺寸稳定，不需要精加工，克服了渗碳淬火回火残留应力导致日后变形的缺点，所以特别适合精密传动的齿轮，有些容易发生粘着磨损（胶合磨损）材料也适合氮化，氮化后材料抗胶合性能变得非常优异。

拖拉机变速箱齿轮20Cr材料热处理工艺研究

拖拉机变速箱齿轮20Cr材料热处理工艺研究

摘要：小四轮拖拉机中变速箱齿轮是关键件，齿轮材料的选用及热处理工艺参数的确定一直是我们探究的主题。

原来采用20CrMnTi材料，热处理工艺为气体渗碳，其渗碳温度高、时间长，易造成晶粒粗大、表面沉积碳黑等缺陷。

由20Cr代替20CrMnTi，热处理工艺采用中温气体碳氮共渗直接淬火的方法。

设备为RJJ-75-9T井式炉,滴柱式可控气氛控制炉压，渗剂为煤油加液态稀土共渗剂。

此工艺共渗温度降至880℃，共渗时间缩至3小时。

节约能耗33.6%，因缩孔造成的返修率降低到2.87%，齿轮本身也得到了更好的耐磨性、表面硬度和心部综合机械性能。

关键词：齿轮；气体碳氮共渗；工艺参数；耐磨性Study On The Heat-treatment Process of 20Cr Gear in The Tractor Gear-boxAbstract: The shift gear-box is the key component in a four-weel tractor. The choice for the raw materials for the gear component and determination for the heat-treatment processing paprameters have been the main subject. For the previously used 20CrMnTi materials, the heat treatment process is a gas carbonization process, the carbonizing temperature is high, and the heat-treatment time is long. This always results in grain coarsing and carbon black depostion on the surface. If the the 20Cr material is selected as the gear material instead 20CrMnTi, the heat treatment process is a direct quenching carried out via gas carbonitriding at a middle temperature. The equipment for the heat treatment is RJJ-75-9T type well furnace, the gas pressure in the furnace is controlled by instilled vapor, the permeating chemicals is the mixture of kerosene and liquid rare earths. The heat treatment temeprature is reduced to 880 degrees, and the treatment time is about 3 h. About 33.6% energy can be saved, and the repair rate of unpacked goods caused by the draw back of shrinkage hole can be reduced to 2.87%, the wear resistance, surface hardness and comprehensive mechanical properties of the core section are greatly improved.Key Words: gear；gas carbonitriding；process parameters；wear resistance小四轮拖拉机变速箱齿轮工作时要承受强烈的摩擦磨损和高的交变弯曲应力和接触疲劳应力的作用，同时承受着强烈的冲击载荷作用。

齿轮加工消除热处理变形的工艺

齿轮加工消除热处理变形的工艺

齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。

在齿轮加工的过程中，常常会遇到热处理变形的问题，这会影响齿轮的精度和使用寿命。

如何在齿轮加工过程中消除热处理变形成为了重要的技术课题。

一、热处理工艺1. 热处理工艺的种类热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。

这些工艺对齿轮的硬度、强度和耐磨性都会有不同程度的影响。

2. 热处理变形的原因在热处理过程中，齿轮会受到热膨胀和热应力的影响，从而产生变形。

特别是在淬火过程中，由于齿轮的不均匀冷却会导致变形更为严重。

二、消除热处理变形的工艺1. 预留余量在设计齿轮的尺寸时，可以适当增加一些余量，以便在热处理后进行修磨，从而达到消除变形的效果。

2. 低温回火在淬火后，将齿轮进行低温回火处理，可以有效减少热处理变形的产生。

低温回火可以消除淬火后的残余应力，使齿轮保持较好的形状精度。

3. 调整热处理工艺参数通过调整热处理工艺的温度、时间和速度等参数，可以减小热处理变形的影响。

选择合适的热处理工艺参数对消除变形至关重要。

4. 多次热处理在齿轮加工中，可以采用多次热处理的方法，即在不同阶段对齿轮进行热处理，这样可以减少每次热处理产生的变形量，使齿轮在每次热处理后都能保持尽可能好的形状。

5. 后加工在热处理后进行修磨和整形，可以消除一部分热处理变形，提高齿轮的精度和表面质量。

三、工艺控制1. 设计优化在齿轮的设计阶段，可以通过优化结构和材料选用等，减少热处理变形的产生。

合理的设计能够在一定程度上消除热处理变形。

2. 热处理设备的改进在热处理设备上进行改进，比如采用先进的淬火方式、控制工艺参数等，可以减小热处理变形的产生。

3. 质量控制加强对齿轮加工过程中的质量控制，确保每一道工序都符合要求，这也是避免热处理变形的重要手段。

消除热处理变形的工艺在齿轮加工中至关重要。

通过合理的热处理工艺和工艺控制，可以有效减少热处理变形的影响，提高齿轮的精度和使用寿命。

随着技术的发展，相信在未来会有更多的创新工艺出现，为消除热处理变形提供更多的解决方案。

常用齿轮材料选择及其热处理工艺

常用齿轮材料选择及其热处理工艺

齿轮材料的选择及其热处理匸艺1、齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多.在选择时应考虔的因素也很多.下述几点可供选择材料时参考：1）齿轮材料必皴满足工作条件的耍求•例如.用于飞行器上的齿轮.耍满足质址小.传递功率大和可靠性高的耍求.因此必须选择机械性能高的合佥银：旷山机械屮的齿轮传动.一般功率很大.匸作速度较低、删圉环境中粉尘含虽极高•因此往往选择铸钢或铸铁等材料：家用及办公用机械的功率很小.但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正當工作•因此常选用匸程塑料作为齿轮材料。

总Z.工作条件的耍求是选痒齿轮材料时首先应考虔的因素，2）应考應齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺，大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯.可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料’屮等或屮等以下尺寸耍求较高的齿轮常选用锻造毛坯•可选择锻钢制作。

尺寸较小而又耍求不高时. 可选用閲钢作毛坯，齿轮表而玦化的方法有：渗碳.氨化和表面淬火。

采用渗碳上艺时.应选用低碳钢或低碳會金钢作齿轮材料：抵化钢和调质钢能采用氮化匸艺；采用表而淬火时.对材料没有特别的耍求，3）正火磯钢.不论毛坯的制作方法如何.只能用丁•制作在裁荷平稳或轻度冲击下I：作的齿轮.不能承受大的冲击載荷：调质碳钢可用于制作在中等冲击数荷下工作的齿轮.4）合金钢當用于制作高速、垂裁并在冲击拔荷下匸作的齿轮•5）飞行器中的齿轮传动•耍求齿轮尺寸尽可能小.应采用表面欣化处理的高强度合佥钢.6）金屈制的软齿面齿轮.配对两轮齿面的駛度差应保持为30〜50HBS或更多。

当小齿轮与大齿轮的齿而具有较大的玦度差（如小齿轮齿而为淬火并磨制.大齿轮齿而为常化或调质）：且速度又较窩时.较锁的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿而会起较眾茗的冷作谀化效应.从而捉高了大齿轮齿面的彼劳极限。

因此.肖配对的两齿轮齿而具有较大的硬度差时.大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20%.但应注总唤度高的齿而.粗糙度值也耍相应地减小。